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Kernmotoren für Raumschiffe

Russland war und ist der führende Anbieter auf dem Gebiet der nuklearen Weltraummacht. Erfahrung in Planung, Bau, Inbetriebnahme und Betrieb von Raumfahrzeugen mit Kernkraftquellen ausgestattet sind Organisationen wie die RSC „Energie“ und „Roskosmos“. Nuclear-Engine ermöglicht es, das Flugzeug für viele Jahre zu arbeiten, so dass sie mehr praktische Eignung immer wieder machen.

historische Aufzeichnung

Die Verwendung von Kernenergie im Weltraum ist nicht mehr eine Fiktion in den 70-er Jahren des letzten Jahrhunderts. Die ersten Kernmotoren in 1970-1988 wurden in den Weltraum gestartet und erfolgreich in Raumfahrzeugen (SV) Beobachtungen von „US-A“ verwendet. Sie werden mit dem thermoelektrischen System eines Atomkraftwerks (NPP) „Buck“ elektrische Leistung von 3 kW angelegt.

In 1987-1988 zwei Geräten „Plasma-A“ mit thermionischen NPP „Topaz“ 5 kW-Flugtestraum hat, während der Leistung elektrischer Antrieb (ERE) von der Quelle Kernkraft ersten umgesetzt wurde.

Ein Komplex von terrestrischen Kernkrafttests thermionische Kernanlage „Yenisei“ Leistung von 5 kW. Auf der Grundlage dieser Projekte thermionic Kernkraftkapazität von 25 bis 100 kW entwickelt Technologien.

MB "Hercules"

RSC „Energie“ in den 70er Jahren begonnen, die wissenschaftlichen und praktischen Forschungen, deren Zweck eine leistungsfähige Kernraum Motor für Interorbital Schlepper (MB) „Hercules“ zu schaffen. Arbeit führte zur Gründung seit vielen Jahren der Kern elektrischen Antrieb (YAERDU) mit thermionischen Kernkraftkapazität von wenigen – Hunderte von Kilowatt und elektrische Antriebseinheit Kapazität von zehn bis einigen hundert Kilowatt.

Design-Parameter MB "Hercules":

  • nutzbare elektrische Leistung der Kernenergie – 550 kW;
  • spezifischer Impuls elektrischer Antrieb – 30 km / s;
  • Elektrischer Antriebsschub – 26 H;
  • Ressourcen- und NPP elektrischen Antrieb – 16.000 Stunden;
  • Körper elektrischen Antrieb arbeitet – Xenon;
  • Gewicht (trocken) Schlepper – 14,5-15,7 t, einschließlich NEI – 6,9 Tonnen.

zeitgenössisch

In dem XXI Jahrhundert ist es Zeit, einen neuen Kernmotor für Raum zu schaffen. Im Oktober 2009 bei einem Treffen der neuen Kommissions russischen Projekt „Schaffung von Verkehrs- und Energiemodul mit einer Megawatt-Installation einer Kernkraft“ wurde durch den Präsidialrat für Modernisierung und technologische Entwicklung der russischen Wirtschaft offiziell genehmigt. sind führende Entwickler:

  • Reaktoranlage – JSC "NIKIET".
  • Kernkraftwerk mit einer Gasturbinenleistungsumwandlungsschaltung, basierend auf dem elektrischen Antriebsmotor und ionische electrorocket YAERDU im allgemeinen – SSC „Research Center. M. V. Keldysha“, die für die Durchführung des Programms der Entwicklung des Verkehrs und Energiemodul (TEM) als Ganzes verantwortlich ist.
  • RSC „Energie“ als allgemeiner TEM-Designer muss eine automatische Maschine mit diesem Modul entwickeln.

Merkmale der neuen Anlage

Neue Kernmotor für die Raumfahrt Russland plant den kommerziellen Betrieb in den nächsten Jahren zu beginnen. Projizierte Eigenschaften der Gasturbine YAERDU folgenden. Der verwendete Reaktor gasgekühlten schnellen Brutreaktor, die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit (ein Gemisch aus He / Xe) vor der Turbine – 1500 K, die Effizienz der Wärmeenergie in elektrische Energie umzuwandeln – 35%, Kühler-Typ cooler – Tropf. Einzelgewicht (Reaktor, Strahlenschutz, und Umwandlungssystem, aber ohne Kühlung Emitter) – 6800 kg.

Raum Kernmotoren (Atomkraft, Kernkraft, zusammen mit EPS) Plan zu verwenden:

  • Im Rahmen zukünftiger Raumfahrzeuge.
  • Als Stromquellen für energieintensive Systeme und Raumschiff.
  • Um die ersten beiden Probleme in den Transport- und Energiemodul zu lösen die Lieferung von schweren electrorocket Raumschiffen und Fahrzeugen auf dem Arbeitsumlaufbahn und weitere langfristige Energieversorgung der Geräte zu gewährleisten.

Das Prinzip des Betriebes eines Kernmotor

Entweder auf der Synthese von Kernen oder auf der Verwendung von Energiespaltung von Kernbrennstoff , um eine Strahlschub. Unterscheiden Installation Puls explosive und Fluidtypen. Explosion Pflanze strahlt in den Weltraum Miniatur-Atombomben, die ein paar Meter entfernt Detonation, die Explosion das Schiff nach vorne geschoben. In der Praxis werden solche Geräte nicht verwendet.

Flüssigkeitsantriebsmotoren, auf der anderen Seite, sind seit langem entwickelt und getestet. Zurück in den 60er Jahren sowjetischen Spezialisten haben ein tragfähiges Modell RD-0410 entwickelt. Diese Systeme wurden in den Vereinigten Staaten entwickelt. Ihr Prinzip beruht auf der Erwärmung eines flüssigen Kern Mini-Reaktor wird in Dampf umgewandelt und bildet einen Strahlstrom, der das Raumschiff schiebt. Obwohl die Vorrichtung eine Flüssigkeit als Arbeitsfluid bezeichnet wird, wird in der Regel Wasserstoff verwendet. Ein weiterer Zweck des Raum Nuklearanlagen – betriebenes Elektrobordnetz (Ausrüstung) Schiffe und Satelliten.

Schwere Telekommunikationsgeräte globale Kommunikation im freien Raum

Im Moment ist Arbeit im Gang über die Kernmotoren für Raum, der in der Schwergeräteraum-Kommunikation verwendet wird. RSC „Energia“ wurden Studien und Entwürfe der globalen Raum-Kommunikationssystem durchgeführt wird, wirtschaftlich wettbewerbsfähig mit billigen Mobiltelefon, die angeblich die Übertragung von „Telefonzentrale“ von der Erde in den Weltraum zu erreichen.

Die Voraussetzungen für ihre Entstehung sind:

  • nahezu vollständige Füllung des geostationären Umlaufbahn (GEO) Satelliten Betriebs- und passiv;
  • Erschöpfung der Frequenzressource;
  • positive Erfahrung der Schöpfung und kommerzielle Verwertung von Informationen geostationären Satelliten „Yamal“.

Wenn Sie eine „Yamal“ Plattform schaffen, haben neue technische Lösungen 95% gewesen, die solche Geräte aktiviert auf dem Weltmarkt von Raumfahrtdiensten wettbewerbsfähig zu werden.

Es ist Austausch von Modulen mit technologischer Kommunikationsausrüstung etwa alle sieben Jahren angenommen. Es wäre ein System von Multi-3-4 schweren Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn mit einer Erhöhung der elektrischen Leistung, die von ihnen verbrauchte erstellen. Zunächst hat die Sonde auf der Basis von Solarenergie 30-80 kW ausgelegt. Der nächste Schritt wird Kern Motoren 400 kW mit bis zu einem Jahr im Transportmodus (für die Lieferung von Grundmodul GSO) und 150-180 kW in einem erweiterten Betriebsmodus (mindestens 10-15 Jahre) als Energiequelle nutzen.

Kernmotoren in antimeteoritnoy Erdsystem schützen

RKK „Energie“ Completed in der Designforschung späten 90 hat Kernkraftwerk aus den Kernen von Kometen und Asteroiden, dass bei der Schaffung von antimeteoritnoy Erde Abwehrsystem gezeigt und YAERDU kann verwendet werden:

  1. Erstellen eines Systems zur Überwachung der Flugbahnen von Asteroiden und Kometen, die Erdbahn kreuzen. Für diese vorgeschlagene spezielles Raumschiff arrangieren mit optischen und Radargeräten ausgerüstet für gefährliche Objekte zu erfassen, die Berechnung der Parameter ihrer Trajektorien und primäre Untersuchung ihrer Eigenschaften. Das System Kernraum Motor mit Dual-Mode-thermionischen NPI Kapazität von 150 kW beteiligt sein können. Ihr Leben soll mindestens 10 Jahre betragen.
  2. Tests von Auswirkungen (thermonukleare Explosion Gerät) auf die Deponie sicher Asteroiden. YAERDU Leistungsabgabe der Testvorrichtung auf einen sternartig-Polygon ist abhängig von der Masse des gelieferten Nutzlast (150-500 kW).
  3. Lieferung von Standardbelichtungseinrichtung (Abfangjäger Gesamtmasse von 15-50 Tonnen) für die zu der gefährlichen Gegenstand Welt nähern. Erfordern Kern Düsentriebwerk Kapazität von 1-10 MW zur Lieferung an eine gefährliche Asteroiden Kernladung, deren Oberfläche Explosion aufgrund Jets Asteroiden Material in der Lage es von gefährlichem Weg zu verwerfen.

Lieferung von Forschungsgeräten im Weltraum

Lieferung von wissenschaftlichen Geräten zur Raumobjekte (fernen Planeten, periodischen Kometen, Asteroiden) können mit dem Einsatz von raumgestützter LRE Stufen durchgeführt werden. Kernmotoren für Raumfahrzeuge verwenden ist sinnvoll, wenn sie auf die Aufgabe Ausgabe stellen einen Himmelskörper des Satelliten, den direkten Kontakt mit einem Himmelskörper in den Orbit, die Auswahl von Materialproben und anderen Forschungs erfordern Massenzunahme Forschungskomplex, die Einbeziehung der Landung und Start Stufen.

Parameter Motoren

Kernmotor für Satelliten Forschungskomplex wird das „Fenster start“ (aufgrund einer kontrollierten Entladung der Arbeitsgeschwindigkeit des Körpers) erweitern, die Planung vereinfacht und reduziert die Kosten des Projekts. Studien von RSC „Energia“, zeigten , dass YAERDU 150 kW mit bis zu drei Jahren ist ein vielversprechendes Mittel von Modulen im Raum liefern Asteroidengürtel.

Zur gleichen Zeit die Lieferung einer Forschungseinheit an der Umlaufbahn des fernen Planeten des Sonnensystems erfordert eine Erhöhung der Ressourcen, eine Kernanlage bis zu 5-7 Jahren. Es ist bewiesen, dass YAERDU Komplex mit einer Kapazität von etwa 1 MW im Rahmen der Forschung wird die Sonde beschleunigte Lieferung für 5-7 Jahre ermöglicht ein künstlicher Satellit am weitesten entfernten Planeten, Planeten-Rovern auf der Oberfläche der natürlichen Satelliten dieser Planeten und die Lieferung auf dem Boden der Erde mit Kometen, Asteroiden, Merkur in dem Orbit und die Satelliten von Jupiter und Saturn.

Wiederverwendbare Bahn (MB)

Eine der wichtigsten Möglichkeiten, um die Effizienz der Transportvorgänge im Raum zu verbessern, ist wiederverwendbar Elemente des Transportsystems. Kernmotor für Nutzlastleistung von mindestens 500 kW ermöglicht es Ihnen, wieder verwendbare Schlepptau zu schaffen und dadurch erheblich die Effizienz des Transportsystems Multi-Tier-Raum zu verbessern. Besonders geeignet für ein solches System im Programm bieten eine große jährliche Güterverkehr. Ein Beispiel wäre ein Programm der Erforschung des Monds mit der Schaffung und Aufrechterhaltung einer bemannten Basis sein, nimmt ständig zu und experimentelle technologische und industrielle Komplexe.

Berechnung des Umsatzes

Nach dem Design-Studien RSC „Energia“, sollte der Bau der Basis auf dem Mond geliefert werden Module etwa 10 Tonnen Gewicht, die Umlaufbahn des Mondes -. 30 m Gesamtfracht von der Erde in den Bau einer bemannten Mondbasis und besuchte die Mondorbitalstation auf 700-800 Tonnen geschätzt und ein jährlicher Güterverkehr für den Betrieb und die Entwicklung von Basis – 400-500 m.

Allerdings ist das Prinzip des nuklearen Motors nicht zulassen, dass der Frachter schnell zu zerstreuen. Aufgrund der langen Zeit des Transports und somit Strahlung Nutzlast zu finden geraume Zeit Bänder nicht alle Fracht kann mit Schleppern mit Kernmotor geliefert werden. Daher wird die Ladung, die die auf YAERDU gestützt werden kann schätzungsweise nur 100-300 Tonnen / Jahr.

Wirtschaftlichkeit

Als Kriterium der Wirtschaftlichkeit inter-Bahn-Transport-System ist es ratsam, den Wert der Einheitstransportkosten pro Einheit Masse der Nutzlast (THG) von der Oberfläche der Erde in die Zielumlaufbahn zu verwenden. RSC „Energia“ wirtschaftliches und mathematisches Modell, das die Hauptbestandteile der Kosten im Transportsystem berücksichtigt wurde entwickelt:

  • die Erzeugung und Eliminierung von Orbit Schlepper-Einheiten;
  • für den Kauf einer kerntechnischen Anlage arbeitet;
  • Betriebskosten sowie für Forschung und Entwicklung sowie mögliche Investitionskosten.

Kostenparameter hängen von den optimalen Parametern von MB. Verwendung dieses Modells wurde vergleichend Wirtschaftlichkeit von wieder verwendbaren Schlepper basierend YAERDU Leistung von etwa 1 mW und Einweg – Schlepper auf der Grundlage der fortgeschrittenen Flüssigkeit untersucht Raketentriebwerk eine Lieferung in die Erde Mond Bahnhöhe von 100 km Nutzlast Gesamtmasse von 100 Tonnen / Jahr , um sicherzustellen , im Programm. Wenn der gleichen Setzer unter Anwendung eines Gleich duty „Proton-M“ und dvuhpuskovoy Schaltungsaufbau der Transportsystem bestimmt Versandkosten pro Masseneinheit der Nutzlasttragfähigkeit auf Basis von Kerntriebwerk wird dreimal niedriger als bei der Verwendung des Einweg-Verwendung Schlepper basierend auf Schlepper mit Flüssigraketentriebwerken des Typs MM-3.

Abschluss

Effektiver Nuklearantrieb für die Raumfahrt zur Lösung der Umweltprobleme der Erde beiträgt, der Fluges des Menschen zum Mars, ein System der drahtlosen Übertragung von Energie im Raum zu schaffen, die Umsetzung der mit erhöhter Sicherheit Bestattung im Raum hochgefährlichen radioaktiven Abfälle Boden der Kernenergie, die Schaffung einer bemannten Mondbasis und die kommerzielle Entwicklung des Monds, um sicherzustellen, die Erde von Asteroiden und Kometen Gefahr schützen.